2021年DSP課程設計

1、精選word文檔 下載可編輯dsp課程設計基于dsp的電力系統(tǒng)諧波分析xxx（南京xxx大學xxx系，南京210044）摘要本文主要研究電力系統(tǒng)的諧波分析，在理論研究的基礎上給出了電力參數(shù)測量及諧波分析的方法。綜合諧波分析的方法，利用dsp器件對電力系統(tǒng)進行諧波分析的儀器設計，包括硬件設計和軟件設計。在硬件電路的設計上，著重選擇了傳感器濾波電路，a/d轉(zhuǎn)換電路與dsp開發(fā)系統(tǒng)相連接對諧波信號進一步處理。最后用單片機結(jié)合lcd將處理結(jié)果顯示出來。關鍵詞諧波分析dsp電力系統(tǒng)harmonicanalysisofpowersystembasedondspxxx(nanjinguniversityof

2、xxx,nanjing210044,china)abstract:inthispaper,itmakesastudyofthepowersystemharmonicanalysis,andtheoryresearchpresentedonthebasisofelectricityparametermeasurementandharmonicanalysismethod.comprehensiveharmonicanalysismethod,usingdspdeviceforpowersystemharmonicanalysisofequipmentdesign,includinghardwar

3、edesignandsoftwaredesign.inthehardwarecircuitdesign,emphaticallychosesensorfiltercircuit,a/dcircuitconnectedwithdspdevelopmentsystemofharmonicsignalfurthertreatment.finallymcucombinedwithlcddisplayoftheresultofitshandling.keywords:harmonicanalysis;dsp;powersystem;1引言隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負荷日益增多，供電系統(tǒng)中

4、諧波電壓和電流成分不斷增加。電力系統(tǒng)諧波不僅對供電系統(tǒng)造成污染，對電力設備構(gòu)成危害，而且產(chǎn)生諧波的非線性用戶將其吸收的一部分基波電能轉(zhuǎn)化成諧波電能，造成供電企業(yè)線損增加，電力運營企業(yè)非經(jīng)營性成本增加。我們只有對電網(wǎng)中的諧波進行合理測量，掌握了電網(wǎng)中諧波實際情況，才能為諧波的智力提供良好的依據(jù)，維護電網(wǎng)的安全運行。電力參數(shù)的測量對于分析電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及故障診斷具有重要的意義。如何設計出高精度、功能齊全且性能穩(wěn)定、價格低廉的電力參數(shù)測量儀，一直是不斷追求的方向和目標。本設計主要研究電力系統(tǒng)諧波分析的儀器設計方法，包括硬件設計和軟件設計。論文圍繞系統(tǒng)的硬件設計，采用ti公司的5000系列dsp

5、中的高性能廉價的tms320vc5416為主控制器，為了能夠使其適應于本系統(tǒng)中實時高速數(shù)字信號處理功能和系統(tǒng)可編程功能，因而進行了高速的數(shù)據(jù)存儲器和flash程序存儲器擴展。系統(tǒng)采用ad8364對采集到的模擬量進行ad變換，利用鎖相倍頻電路對ad轉(zhuǎn)換進行觸發(fā)，來實現(xiàn)非同步交流采樣，減少誤差。系統(tǒng)在軟件上著力遵循模塊化設計原則，給出了主程序的流程圖，諧波測量的流程圖。2諧波分析概述由于電力系統(tǒng)中大量非線性設備的存在，導致它們在工作時不僅會產(chǎn)生基波頻率的整數(shù)次諧波，還可能產(chǎn)生基波頻率的非整次諧波，即間諧波，這會對電能造成嚴重的污染，增加能量損失，威脅電力設備的安全運行。因此，諧波和間諧波的分析對于

6、電力系統(tǒng)的監(jiān)控與保護都具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的正交小波包變換在電力系統(tǒng)諧波分析與檢測中有著廣泛的應用。但是由于小波包變換固有的性質(zhì)，如小波包變換的混疊現(xiàn)象比小波變換的混疊現(xiàn)象更為直觀形象，其影響也比小波變換嚴重，這主要是由于分解濾波器之間存在頻帶混疊現(xiàn)象，小波頻譜的起始頻率和截止頻率之間存在過渡帶。諧波小波變換是一種基于快速傅里葉變換(fastfouriertransform，fft)及其逆變換(inversefastfouriertransform，ifft)的快速算法，在數(shù)值上容易實現(xiàn)，其算法快，精度高，具有很好的工程實用價值。通常的小波算法(如mallat算法，daubechies小波

7、)在分解信號時要隔二取一，從而使得在小波分解時各層的數(shù)據(jù)點數(shù)和采樣頻率隨尺度的增加逐漸減小。諧波小波相對于傳統(tǒng)的小波函數(shù)而言，具有更普遍意義上的正交性以及優(yōu)異的視頻分解能力，其明顯優(yōu)勢就是信號任意頻段的“細化”能力，雖然它在時域中的局部化能力一般，但在頻域分析中對精度有特殊要求的場合，這種優(yōu)勢就非常符合需求。3系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)的硬件平臺采用了以dsp為主控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總框圖如下圖1所示。該系統(tǒng)主要由tms320vc5416為主控制器，同時與擴展的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器組成dsp的最小系統(tǒng)，為了測量還加入了電壓、電流傳感器，a/d轉(zhuǎn)換及控制電路和電源監(jiān)視電路，此外還擴展了人機接口電路鍵盤和

8、lcd顯示電路。圖1系統(tǒng)框圖4硬件電路設計1信號調(diào)理電路該部分電路的功能是通過電壓互感器和電流互感器將強電信號轉(zhuǎn)換為弱電信號，并將雙2/3存儲器擴展2a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換接口is61lv12816l和sst39lf400，如圖4。圖2信號調(diào)理電路圖3a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路十六位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用+5v工作電壓。它與dsp的連接如圖3極性的交流信號通過電壓抬升電路轉(zhuǎn)換成適合ad采樣的單極性信號，如圖2。a/d轉(zhuǎn)換器采用的是ti公司的ads8364，他是高速，低功耗，六通道同時采樣和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理采用的是dsp（tms320c5416），同時外掛了一個ram和一個flash，分別為圖4dsp外接ram與f

9、lash3/65軟件設計以達到3v左右。4mcu微處理器及基本外設圖5mcu微處理器及基本外設程序、數(shù)據(jù)處理子程序、液晶顯示程序、數(shù)據(jù)通信子程序等。晶和鍵盤。dsp和mcu之間采用hpi總線通信，由于dsp的使用電壓為3v，而mcuti公司的一種16為雙向總線收發(fā)器。它可以接收高達5v的高電平，而輸出的高電平可的使用電壓為5v，因此采用了74lvc16245a來協(xié)調(diào)兩個處理器的電壓。74lvc16245a是軟件系統(tǒng)采用ti公司的集成開發(fā)環(huán)境ccs開發(fā)，ccs集成了代碼調(diào)試工具，能對dsptms320c5416處理能力強，但是控制能力弱，因此我們使用at89s52來控制12864液主要包括主程序

10、、dsp初始化程序、a/d初始化程序、液晶模塊初始化程序、a/d中斷采樣升級。為使系統(tǒng)的精確度和速度達到最優(yōu)，該系統(tǒng)軟件采用c語言和匯編語言混合編程，進行指令級的方針和實時數(shù)據(jù)分析，并擁有豐富的數(shù)據(jù)處理函數(shù)庫，方便對軟件驚醒調(diào)試、4/6圖6主程序流程圖圖7數(shù)據(jù)采集流程圖圖8mcu和dsp通信流程圖6結(jié)論電力參數(shù)的測量對于分析電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及故障診斷具有重要的意義。如何設計出高精度、功能齊全且性能穩(wěn)定、價格低廉的電力參數(shù)測量儀，一直是我們不斷追求的方向和目標。論文圍繞系統(tǒng)的硬件設計，采用ti公司的5000系列dsp中的高性能廉價的tms320vc5416為主控制器，為了能夠使其適應于本系統(tǒng)

11、中實時高速數(shù)字信號處理功能和系統(tǒng)可編程功能，因而進行了高速的數(shù)據(jù)存儲器和flash程序存儲器擴展。系統(tǒng)采用ad8364對采集到的模擬量進行ad變換，利用鎖相倍頻電路對ad轉(zhuǎn)換進行觸發(fā)，來實現(xiàn)非同步交流采樣，減少誤差。系統(tǒng)在軟件上著力遵循模塊化設計原則，給出了主程序的流程圖，諧波測量的流程圖。5/參考文獻1宋文南,劉寶仁.電力系統(tǒng)諧波分析高等學校教材.中國電力出版社.1995-11-12瓦基勒(wakilehgeorgej.).電力系統(tǒng)諧波:基本原理分析方法和濾波器設計.機械工業(yè)出版社.201*-1-13馬永軍,劉霞.21世紀高職高專規(guī)劃教材dsp原理與應用.北京郵電大學出版社.201*-6-1

12、4劉艷萍.dsp技術原理及應用教程(普通高校十一五規(guī)劃教材).北京航空航天大學出版社.201*-7-15高海林,錢滿義.dsp技術及其應用（國家電工電子教學基地系列教材）.清華大學出版社.201*-7-16/擴展閱讀dsp課程設計 報告課程設計報告（201*201*學年第二學期）課程名稱dsp課程設計班級學號姓名指導教師201*年09月課程設計報告一、目的（1）、通過實習，進一步掌握tms320c5402的工作原理及其最小系統(tǒng)和基本外圍電路；（2）、培養(yǎng)閱讀電路原理圖的能力，掌握根據(jù)圖紙焊接電路的技能；（3）、培養(yǎng)硬件查錯的能力；（4）、熟練掌握利用c語言編寫dsp程序；（5）、掌握利用dsp

13、開發(fā)環(huán)境ccs軟件編譯和調(diào)試程序的能力；（6）、培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力，學會查手冊以及有關資料，提高知識綜合運用能力和創(chuàng)新能力。二、內(nèi)容和要求內(nèi)容（1）、根據(jù)原理圖焊接電路板，熟悉各部分的功能；（2）、安裝并學會使用dsp開發(fā)環(huán)境ccs；（3）、根據(jù)編程任務編寫程序并使用串口仿真器seed-xdsusb0在線調(diào)試程序；（4）、參加成果驗收；（5）、撰寫報告。具體要求（1）、了解ti公司的數(shù)字信號處理器tms320c5402的相關背景知識及其工作原理；（2）、完成tms320c5402簡易實驗開發(fā)板的焊接，要求能夠成功下載并執(zhí)行程序，若有問題，結(jié)合電路原理圖分析和硬件查錯最終解決問題；

14、（3）、了解tms320c5402簡易實驗開發(fā)板的基本構(gòu)成和各部分硬件電路的作用；（4）、熟練掌握dsp開發(fā)環(huán)境ccs的編譯和調(diào)試方法，學會用c語言編寫dsp程序；（5）、編寫tms320c5402控制led燈閃爍和按鍵識別等基本程序并用硬件實現(xiàn)；（6）、編寫tms320c5402實現(xiàn)iir、fir濾波等程序并用軟件仿真，分析仿真結(jié)果。（7）、認真閱讀理解tms320c5402結(jié)合語音芯片tlv320aic23b實現(xiàn)語音信號處理的程序，掌握tms320c5402的多通道緩沖串行口mcbsp和dma控制器的工作原理，并使用實驗開發(fā)板完成語音輸入與輸出的效果演示。-課程設計報告三、過程（如實際程序

15、開發(fā)、電子制作，詳細說明有關原理、開發(fā)過程、調(diào)試過程、結(jié)果）(一)tms320c5402實驗開發(fā)板介紹tms320c54xdsp芯片是ti公司于1996年推出的新一代定點數(shù)字信號處理器，是tms320c5000dsp平臺中最為成熟、應用十分廣泛的芯片。c54x采用先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有8條總線（1條程序存儲器總線、3條數(shù)據(jù)存儲總線和4條地址總線）、cpu、在片存儲器和在片外圍電路等硬件，加上高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)，使c54x具有功耗小、高度并行等優(yōu)點。tms320c54x的cpu具有先進的多總線結(jié)構(gòu)、40位算術邏輯運算單元、17*17并行乘法器、指數(shù)編碼器和雙地址生成器，內(nèi)部存儲器包括19

16、2k可尋址存儲空間（64k字程序存儲器、64k字數(shù)據(jù)存儲器和64k字io空間）、片內(nèi)rom和片內(nèi)單尋址ram，在片外圍電路有可編程狀態(tài)發(fā)生器、片內(nèi)鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器、16位可編程定時器、全雙工串行口、時分多路串行口、緩沖串行口和多通道緩沖串行口、8/16位并行主機接口、6通道dma控制器等。c54x系列中各種派生器件，既有相同的cpu結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)，而片內(nèi)存儲器及外圍電路則不盡相同。本次實習我們使用的tms320c5402片內(nèi)存儲器有4k的rom和16k的daram，在片外圍電路主要有2個mcbsp串行口、8位hpi主機接口、6通道dma、2個定時器。圖1為本次課程設計所使用的tms320c54

17、02實驗板系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)圖。pcrs232tms320vc5402dsp最小系統(tǒng)音頻編解碼鍵盤led等單片機最小系統(tǒng)譯碼電源模塊圖系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)圖-課程設計報告本實驗板以tms320c5402為核心。整個系統(tǒng)按照功能可劃分為以dsp位核心的最小系統(tǒng)電路和應用電路兩大部分，最小系統(tǒng)電路主要包括電源電路、時鐘電路、復位電路、自舉加載器及jtag仿真電路等；應用電路包括io端口應用（鍵盤和led燈）模塊和通過mcbsp串行通信實現(xiàn)音頻信號編解碼模塊。通過硬件設計和軟件設計，把以上電路連接在一起使其成為一個完整的系統(tǒng)，就可以得到基本的實驗開發(fā)系統(tǒng)。對本實驗板的硬件介紹分以下模塊1、dsp處理器模塊ds

18、p處理器模塊以tms320vc5402為核心,由jtag仿真口、時鐘電路、復位電路組成。如圖2所示。結(jié)合原理圖可以看出，復位電路由一個按鍵構(gòu)成，連接在處理器的98腳即復位腳上，當按鍵按下，復位管腳檢測到低電平，處理器復位。jtag仿真口實際上是一排雙排針，通過5個管腳tdi、tdo、tms、tck、reset與仿真器上對應口連接，即可完成程序下載和在線調(diào)試。時鐘電路由外部晶振構(gòu)成，這是一個20mhz的晶振，直接加到x2/clkin管教上，它作為時鐘發(fā)生器的參考時鐘輸入，時鐘發(fā)生器由內(nèi)部振蕩器和鎖相環(huán)電路組成。處理器通過設定c54x的3個引腳clkmd1,clkmd2,clkmd3硬件配置pll

19、,選定時鐘方式，實際電路使用了3個硬件切換開關來設定此3個管腳的高低平狀態(tài)。圖tms320c5402處理器的基本連接圖-課程設計報告2、電源模塊tms320vc5402芯片采用低電壓供電方式,這可以大大降低dsp的功耗,tms320vc5402的電源分兩種，即內(nèi)核電源和i/o電源。其中,i/o電源采用3v，而內(nèi)核電源為8v。為了滿足tms320vc5402對電源的要求,并降低實驗板成本，采用ams1117芯片分別提供8v和3v電源，滿足系統(tǒng)中所有芯片的供電需求。如圖3所示。圖電源模塊原理圖3、人機接口模塊進行hpi接口程序設計，包含了單片機和dsp相關技術。采用hpibootloader進行程

20、序加載脫離高額仿真器的限制，為我們的開發(fā)設計節(jié)省了成本。具體方法首先在ticcs集成開發(fā)環(huán)境中編寫用戶程序編譯后形成coff文件（.out文件），利用ti提供的命令hex500將.out文件轉(zhuǎn)換為.hex文件。利用stc單片機在線燒寫的功能，將這一文件和單片機控制dsphpi接口程序一起編譯，采用rs232串口一同燒寫到stc單片機片內(nèi)rom中。圖stc單片機與tms320vc5402hpi接口硬件連接圖-課程設計報告4、i/o口應用模塊dsp芯片存在三種空間分別是程序、數(shù)據(jù)和i/o空間。dsp芯片通過/is以及/iostrb外部i/o空間片選和鎖存，結(jié)合地址線、數(shù)據(jù)線對i/o空間進行讀寫操作

21、。應用數(shù)字電路基礎課程的74lvc系列譯碼器件進行邏輯設計，加以編程實現(xiàn)如44鍵盤、led的讀寫控制，可以完成一些簡單實驗如按鍵控制霓虹燈閃爍等。圖按鍵、led及其譯碼電路5、音頻編解碼模塊tlv320aic23b使ti公司推出的一款高性能、集成有模擬功能的立體聲音頻codec。數(shù)字傳輸長度可為16，20，24，32位，采樣頻率范圍8-96khz。它能以數(shù)字和模擬電壓運行，這些電壓與c54x的i/o電壓兼容，可以實現(xiàn)與c54xdsp的iic接口和mcbsp端口的無縫連接。通過設置引腳mode為低電平，配置接口為spi模式，與c54xdsp的硬件連接圖如圖6所示。圖vc5402與aic32硬件連

22、接圖-課程設計報告(二)硬件焊接和調(diào)試這次課程設計首先要把tms320c5402簡易實驗開發(fā)板焊起來，電路板已經(jīng)做好，我們只需要焊上dsp芯片和其外圍電路等各種器件，之后便可以用ccs軟件編寫和調(diào)試程序進行各種實驗。焊接時要注意安全，特別是在使用烙鐵時，不要燙著人體，不要燙著電線，以免發(fā)生電路短路等故障。焊接的過程如下（1）、用萬用表測量電路板上電源與地，保證這兩端不短路，然后開始具體的焊接工作。（2）、焊接電源模塊（包括5v電源接口，8v和3v電壓芯片及其指示燈）。（3）、焊接較小貼片器件（電阻、電容、貼片led燈等）。焊led燈前先判斷用萬用表正負極，將萬用表打到最左邊短路檢測檔上，紅黑表

23、筆分別接在led燈兩端，如果led燈亮則說明接紅表筆的那一端是led燈正極，判斷完畢后根據(jù)原理圖將其焊接好。另外在焊接極性電容要注意極性。（4）、焊接較大的插針器件（雙排針、按鍵、單片機等）。（5）、焊接結(jié)束。在基本焊接結(jié)束后，我們檢測實驗板的可行性，第一次使用時發(fā)現(xiàn)可以使用仿真器進行實驗，但是串口部分有問題，不能將程序下載進去。于是我們檢查串口那一部分的電路，首先檢查周圍的晶振、電容等有沒有虛焊的。在老師的幫助下，經(jīng)過一系列的排查，最終發(fā)現(xiàn)時max232芯片有問題，重新?lián)Q上之后實驗板就可以下載程序了。實驗板焊接結(jié)束后，需要驗證所焊的電路板能否正常工作，也就是檢驗實驗板能否下載程序和在線調(diào)試。

24、步驟如下（1）、安裝c54xdsp開發(fā)環(huán)境tmdsccs5000-1ccs2，安裝路徑為c盤ti文件夾。（2）、安裝c5402仿真器seed-xdsusb0的硬件驅(qū)動程序，安裝文件夾也要設為ccs的路徑c盤ti文件夾。（3）、將仿真器usb接口一端插在電腦上，另一端jtag接口連在實驗板上，實驗板上電。（4）、在setupccs2(5000)里正確配置驅(qū)動程序，添加c5402xds510emulator,屬性設置，自動產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件由外部配置，配置文件為ccs中drivers目錄下的seedusbcfg文件，i/o地址設置為0x240。（5）、關掉ccssetup，保存設置，啟動ccs。打開例程

25、led燈閃爍程序，將.out文件下載到目標板中，運行程序，觀察到led燈閃爍效果，說明實驗板的焊接基本正確，能夠工作。-課程設計報告(三)實驗程序設計1、led控制實驗此實驗是使用dsp的數(shù)字i/o控制4個led閃爍。由原理圖可看出，4個led的控制電平是由74hc244驅(qū)動的，74hc244的輸入端為dsp的d4-d7。led的低電平選通腳由dsp的a12和a13經(jīng)74hc139譯碼提供（譯碼值為0），根據(jù)這個原理可知，led的地址的第12位和13位第13位必須是0，其他位任意值，程序中設置led的地址為0xcfff#defineledaddportcfffioportunsignedint

26、ledadd;這樣的話只需要設置變量ledadd第七位至第四位的值就可以控制對應led的亮滅例如程序ledadd=0x0000;/四個led全滅ledadd=0x00f0;/四個led全亮程序設計思想在程序中定義好led的控制地址變量，初始化dsp配置寄存器后，直接對ledadd賦值，使led等處于某種狀態(tài)，經(jīng)進行延時改變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，如此反復執(zhí)行則可實現(xiàn)閃爍效果。根據(jù)實現(xiàn)的效果，程序流程圖7所示。圖led閃爍流程圖-課程設計報告2、鍵盤控制實驗key0key3是四個獨立式的按鍵，使用74hc244驅(qū)動，四個按鍵對dsp的輸入腳為dsp的數(shù)據(jù)信號d0-d3，即由這四個管腳讀取按鍵電平值，當沒有

27、按鍵按下時，讀入四個高電平，當有按鍵按下時，對應輸入管腳讀得低電平。使用到74lvc139譯碼，譯碼值為1，譯碼源是dsp的地址線a14和a15，所以按鍵的地址這兩位要保證是低電平，其他位可以任意設置。用如下變量讀取按鍵電平值#definekeyregport3fff；keyreg；ioportunsignedint程序主要實現(xiàn)用四個按鍵控制led的閃燈效果，按下key0key3中任意一個，由處器識別按鍵，點亮對應的led燈。程序流程圖main函數(shù)譯碼選中l(wèi)ed和鍵盤驅(qū)動dxf燈亮開總中斷dxf燈滅返回掃描鍵值鍵值0x0e？led0亮鍵值0x0d？led1亮鍵值0x0b？led2亮鍵值0x07

28、？led3亮圖鍵盤控制led點燈流程圖-課程設計報告3、音頻編解碼實驗本設計中，dsp控制tlv320aic23b對語音信號進行ad轉(zhuǎn)換，采樣得到的數(shù)據(jù)，通過緩沖串行口mcbsp傳輸給dsp，dsp收到數(shù)據(jù)后不做任何處理，再通過緩沖串行口mcbsp將數(shù)據(jù)傳給tlv320aic23b，有它內(nèi)部的d/a轉(zhuǎn)換器d/a轉(zhuǎn)換后將聲音信號輸出。即通過mic輸入音頻信號，通過耳機試聽到處理后的音頻信號。tlv320aic23b有2個接口，一個是控制口，用于設置aic23的工作參數(shù)，另一個是數(shù)據(jù)口，用于傳輸aic23的a/d、d/a數(shù)據(jù)，這部分與vc5402的mcbsp無縫連接。其中cs的反是片選信號，低電平有效；sdin是aic23控制口串行數(shù)據(jù)輸入，sclk是aic23控制口的位-時鐘。bclk表示數(shù)據(jù)口位時鐘信號，lrcin表示數(shù)據(jù)口dac輸出的幀同步信號，lrcout表示數(shù)據(jù)口adc輸入的幀同步信號，din表示數(shù)據(jù)口dac輸出